CN102074939A - 基于动态短路电流的继电保护定值在线校核方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于动态短路电流的继电保护定值在线校核方法，包括如下步骤：（1）通过EMS获取实时的全网量测数据，建立电网模型；（2）对全网量测数据进行可信度评估，获取通过评估的数据；（3）对前述通过可信度评估的数据进行动态的短路电流计算；（4）对保护定值进行整定计算及校核。此种方法可提高短路计算结果的准确性，实现继电保护定值的在线校核、实时预警，提高保护定值整定工作的自动化程度。

Description

基于动态短路电流的继电保护定值在线校核方法

技术领域

[0001] 本发明属于电力系统继电保护领域，特别涉及一种继电保护装置定值的校核方法。

背景技术

[0002] 近年来，随着电网的快速发展，电网基建、电源送出、电网改造项目大量投产，继电 保护定值整定计算工作已不能满足其投产周期的要求。在基建、技改项目投产过程中，引起 的母线陪停、线路陪停方式、电网断环方式越来越复杂，电网非正常运行方式明显增多，时 间更加延长，给当前的继电保护定值整定计算工作带来了巨大的挑战。

[0003] 传统的继电保护定值计算方法是在电网运行的正常方式基础上，按照“N - 1”电 网检修方式进行离线计算，而对于基建或电网改造项目引起的“N - 2”等特殊运行方式，来 不及校核周围继电保护装置的定值，只能采取简单处理，忽略了许多复杂因素对短路电流 的影响，例如机组出力、负荷电流、负荷模型、各类控制器等等；并且当真实的短路故障发生 后，系统各处的短路电流都有一个动态变化过程，而传统的计算方法只关注故障时刻的短 路电流。因此，这种静态计算方法使得目标电网与真实电网的差别比较大，短路电流计算结 果误差较大且提供的信息有限，给继电保护装置的可靠正确动作埋下了隐患，导致电网的 安全稳定运行受到了不同程度的威胁。而基于暂态仿真的动态短路电流计算方法可以考 虑电力系统的详细模型，为用户提供短路故障过程中和故障后短路电流的动态变化过程信 息，是今后的发展方向。

[0004] 中国发明申请号为200810147821. 2的“电网系统继电保护在线校核方法”和申请 号为200810147822. 7的“电网继电保护定值在线校核一体化数据处理方法”提出了通过 EMS和DTS从电网中获取电力设备参数、继电保护定值以及电网的实时运行数据，然后按照 保护整定规程进行故障计算，最后根据校核规则对保护定值进行校核。但是，上述专利方法 进行故障计算时采用的是静态网络阻抗等值方法，没有考虑电力系统的详细暂态模型，没 有考虑短路故障过程中以及短路故障消失后，电力系统中各类调节控制器(发电机调压器、 调速器、电力系统稳定器等）的作用，即只求取了短路故障时刻的短路电流瞬时值，没有获 得更加符合工程实际情况的短路电流动态变化过程；并且，上述专利方法没有涉及保护定 值在线校核系统与现有的保护定值单离线整定系统、保护信息管理系统以及保护装置的数 据接口。

[0005] 鉴于以上分析，本发明人针对当前继电保护定值整定计算工作实践中存在的问题 进行研究改进，本案由此产生。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术中的缺陷和不足，提供一种基于 动态短路电流的继电保护定值在线校核方法，其可提高短路计算结果的准确性，实现继电 保护定值的在线校核、实时预警，提高保护定值整定工作的自动化程度。[0007] 本发明为解决上述技术问题，采用的解决方案是：

一种基于动态短路电流的继电保护定值在线校核方法，包括如下步骤：

(1)通过EMS获取实时的全网量测数据，建立电网模型；

(2)对全网量测数据进行可信度评估，获取通过评估的数据；

(3)对前述通过可信度评估的数据进行动态的短路电流计算；

(4)对保护定值进行整定计算及校核。

[0008] 上述步骤（3)的详细步骤为：

(31)利用潮流计算程序算出短路故障前系统的运行状态，然后算出系统的运行参量初 值y(0)，并由此计算出状态变量的初始值x(0)；

(32)根据各元件采用的数学模型形成相应的微分方程，并根据所用的求解方法形成相 应的电力网络方程；

(33)进行暂态过程计算，得到从0〜tmax时间段内短路电流的数据，其中tmax为预定 的时刻。

[0009] 采用上述方案后，本发明从EMS实时获取电力系统的真实运行状态，并对其进行 各类短路故障的暂态分析计算，可以更加全面地给出电网各处短路电流的动态变化过程信 息。相对于目前广泛采用的静态短路电流计算方法，动态计算方法无需对电力系统模型数 据做大量的假设，并且可以考虑系统运行方式、潮流分布、负荷模型、发电机各类调节控制 器等因素对短路电流的影响，因此其短路电流计算结果更加准确；另外，本发明可适应电网 发展对继电保护提出的更高要求，提高继电保护整定计算工作人员的工作效率，减少整定 计算工作中的人为失误，全面跟踪电网检修、运行情况，对于电网方式、切改方案、检修计划 提出合理化建议，对于不满足电网方式的保护定值快速地提出整改方案，对电网的安全稳 定运行具有重要的意义。

附图说明

[0010] 图1是本发明的流程图；

图2是本发明中进行短路电流计算的流程图。

具体实施方式

[0011] 以下将结合附图及具体实施例，对本发明的实现过程进行详细说明。

[0012] 参考图1所示，本发明提供一种基于动态短路电流的继电保护定值在线校核方 法，包括如下步骤：

(1)通过EMS获取实时的全网量测数据，建立电网模型；

具体来说，EMS (Energy Management System，能量管理系统)通过输出符合IEC 61970 标准的(ΠΜ(Common Information Model，公共信息模型）XMLGcalable Vector Graphics, 可缩放矢量图形）文件来导出电网的模型，通过SVG (Scalable Vector Graphics，可 缩放矢量图形）格式导出厂站图和潮流图，而SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制系统）数据以及状态估计结果数据通过易语言(一门计 算机程序语言，以中文作为程序代码表达的语言形式）规范来进行输出；继电保护定值在线 校核系统通过导入前述CIM XML模型文件建立电网模型；当电网模型改变时，继电保护定值在线校核系统从EMS得到更新后的全网模型，并实时运行时从EMS周期性获取全网量测 数据，主要包括直调电厂的开、停机方式，线路运行情况等；

(2)对全网量测数据进行可信度评估，获取通过评估的数据；

继电保护定值在线校核系统按照设定的原则对接收到的EMS状态估计结果数据或者 自己的状态估计结果进行可信度评估，所述可信度评估的原则包括变压器档位、发电机端 电压、母线电压水平、线路潮流分布(评估原则具体自己整定）等，对不满足要求的结果数据 提出告警；系统记录数据评估失败的原因和时间，并发出告警，该失败原因包括状态估计不 收敛、枢纽母线电压不合格、联络线功率误差较大等；只有通过评估的数据才可用于短路电 流计算；

(3)对前述通过可信度评估的数据进行动态的短路电流计算；

短路电流计算考虑的故障类型包括：单相接地，两相接地，两相相间故障不接地，三相 故障，短路电流计算可考虑过渡电阻。故障点的设置除了考虑母线，还可以在线路上的任意 点设置故障，可以用距离线路首端百分比来表示。常规的计算短路电流的方法是不基于潮 流结果的静态分析方法，这类方法的计算结果与发电机和负荷的类型、出力无关，假设短路 点的电压为额定电压，利用对称分量法求取短路点对地的正、负、零序等值阻抗电路，进而 求得正、负、零序短路电流；继电保护定值在线校核系统提供的短路电流分析计算程序可以 分别采用动态和静态计算分析方法，便于充分考虑电网的实际接线、电网的潮流、发电和负 荷的水平、发电机及负荷的模型对短路电流的影响，使计算结果更加准确可信，适用于对运 行继电保护装置定值的实时在线校核。

[0013] 继电保护定值在线校核系统可以定时触发、人工触发或者事件触发，其中的数据 接口模块从EMS获得最新的电网运行方式数据，结合自身数据库保存的元件参数数据进行 动态的短路电流计算。配合图2所示，所述短路电流计算的详细步骤为：

(31)利用潮流计算程序算出短路故障前系统的运行状态，即由潮流计算得到各节点 的电压及注入功率，然后算出系统的运行参量初值y(0)，并由此计算出状态变量的初值 x(0)；

(32)根据各元件采用的数学模型形成相应的微分方程，并根据所用的求解方法形成相 应的电力网络方程；

(33)进行暂态过程计算，假定暂态过程的计算已进行到t时刻，这时的x(t)和y(t) 为已知量，在计算χ (t+ Δ t)和

y(t+ Δ t)时，应首先检查在t时刻系统有无故障或操作，如果有故障或操作，则需对

微分或/和代数方程式进行修改，而且当故障或操作发生在电力网络内时，系统的运行 参量y(t)可能发生突变，因此必须重新求解网络方程，以得到故障或操作后的运行参量 y(t+0)。由于状态变量不会发生突变（因微分方程解对初值的连续依赖性)，因此故障或操 作前后的x(t)和x(t+0)相同；接下来进行微分-代数方程组的计算，根据x(t)和y(t)采

用交替求解法或联立求解法得到x(t+ Δ t)和y(t+ Δ t)的值；

(34)时间向前推进Δ t，进行下一步的计算，直至到达预定的时刻tmax，这样，就得到了从0〜tmax时间段内短路电流的数据。

[0014] (4)对保护定值进行整定计算及校核； 所述保护定值的校核主要考虑以下5项内容：

(41)线路保护的启动电流；

(42)纵联保护定值的灵敏度；

(43)母差保护定值的灵敏度；

(44)变压器差动保护定值的灵敏度；

(45)后备距离保护测量阻抗幅值的校核。

[0015] 系统还提供尤其对于重载长线路的后备距离保护三段定值的校核，既保障对线路 末端故障有灵敏度，又要躲过负荷阻抗，保证线路重载阻抗元件不发生误动的在线校核、监 测功能，通过暂态或稳态数据模型的分析给出计算结果，并可以提供阻抗圆、告警等可视化 表达方式。

[0016] 需要说明的是，本发明可实现如下功能： (1)预期方式校核功能

对于日常计划检修安排，以及电网基建引起的陪停方式、电网发生的各种预期运行方 式变化，能够提前进行继电保护定值核查。预留人工修改界面，可以设置预期计划检修方 式，根据校核结果，针对计划的检修安排提出制约条件和合理的建议。

[0017] 预期方式校核功能可以弥补离线定值计算实时性不足的缺陷，完全满足电网安全 稳定运行对于继电保护提出的速动性、灵敏性、选择性、可靠性的要求。

[0018] (2)在线故障校核功能

对已经发生的各种故障，可模拟分析故障电流、故障位置。

[0019] 用户可以设定故障设备各侧的故障电流(稳态电流有效值)，根据本发明可确定故 障可能的位置以及过渡电阻的大小，给出可能的故障类型提示。

[0020] 用户也可以设定故障点的位置，从而获知故障设备各侧的故障电流(稳态电流有 效值）的大小。

[0021] (3)在线电网方式校核功能

为保证电网稳定运行，对于电网运行方式提出的各种短期或阶段式的方式变化，可实 现继电保护定值实时的在线安全校核，网络拓扑结构完全可以适应实际一次电网结构的预 期变化。

[0022] 如220kV双母线接线的环网变电站，由于短路容量超标等问题导致系统母联开关 短期断开运行，离线计算出的定值已不满足此方式，需要重新进行线路、母差等相关保护定 值的整定。

[0023] (4)在线预警校核功能

能够实现自动按照在同一变电站内轮断元件，采取“N —k”的电网运行方式，校核站内 及周围系统的保护定值，保证此方式下距离三段不会误动作，并发出告警信息，完成在线监 测的预警校核功能。

[0024] 针对供热机组的开机方式，可实现按照电厂开机最小方式的设置原则，完成全网 定值的在线核查，根据校核结果，对调度运行部门提出可行性建议。

[0025] 以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围 之内。

Claims (2)

1. 一种基于动态短路电流的继电保护定值在线校核方法，其特征在于包括如下步骤：(1)通过EMS获取实时的全网量测数据，建立电网模型；(2)对全网量测数据进行可信度评估，获取通过评估的数据；(3)对前述通过可信度评估的数据进行动态的短路电流计算；(4)对保护定值进行整定计算及校核。

2.如权利要求1所述的基于动态短路电流的继电保护定值在线校核方法，其特征在于 所述步骤（3)的详细步骤为：(31)利用潮流计算程序算出短路故障前系统的运行状态，然后算出系统的运行参量初 值y(0)，并由此计算出状态变量的初始值x(0)；(32)根据各元件采用的数学模型形成相应的微分方程，并根据所用的求解方法形成相 应的电力网络方程；(33)进行暂态过程计算，得到从0〜tmax时间段内短路电流的数据，其中tmax为预定 的时刻。